- QA =2 QB QA = QB
4. 1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG I Định nghĩa:
I. Định nghĩa:
Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rotor n bằng tốc độ quay của từ trường n1 gọi là máy điện đồng bộ. Máy điện đồng bộ có 2 dây quấn: dây quấn stator nối với lưới điện có tần số f khơng đổi, dây quấn rotor được kích thích bằng dịng điện 1 chiều. Ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay rotor ln khơng đổi khi tải thay đổi.
II. Công dụng:
Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp. Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng. Nghĩa là máy phát điện. Máy điện đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tuabin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước. Công suất của mỗi máy phát có thể đạt tới 600MVA hoặc lớn hơn và chúng thường làm việc song song. Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện được kéo bởi các động cơ điêzen hoặc các tuabin khí, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai, ba máy làm việc song song.
Động cơ đồng bộ được sử dụng khi truyền động cơng suất lớn, có thể đạt đến vài chục MW. Trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh động cơ đồng bộ được sử dụng để truyền động các máy bơm, máy nén khí, quạt gió, …với tố độ không đổi. Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được sử dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, thiết bị sinh hoạt, …
Trong hệ thống điện, máy bù đồng bộ dùng để phát công suất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp.
4.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính: stator và rotor.
1. Stator:
Stator của máy điện đồng bộ giống như stator của máy điện không đồng bộ. Gồm 2 bộ phận chính là lõi thép stator và dây quấn 3 pha stator. Dây quấn stator gọi là dây quấn phần ứng.
Bài giảng: MÁY ĐIỆN 1
109 Lõi thép Stator được ép Lõi thép Stator được ép
bằng các lá thép tol silic dầy 0,5mm, 2 mặt có phủ sơn cách điện. Lõi thép được đặt cố định trong thân máy. Trong các máy đồng bộ cơng suất trunh bình và lớn thân máy được kết cấu khung thép, mặt ngòai bọc bằng cxác tấm thép dát dầy. Nắp cũng được chế tạo từ thép tấm
hoặc gang đúc. Các máy có cơng suất trung bình và lớn, ổ trục khơng đặt ở nắp máy mà ở giá đỡ, ổ trục đặt cố định trên bệ máy.
2. Rotor:
Rotor máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy. Đối với các máy nhỏ rotor là nam châm điện.
Có 2 loại: rotor cực ẩn và rotor cực lồi.
e. Rotor cực lồi dùng ở các máy có tốc độ thấp, có nhiều đơi cực. Dây quấn kích được đặt trong các rãnh.
f. Rotor cực ẩn thường dùng ở các máy có tốc độ cao 3000 vịng/ phút, có 1 đơi cực. Dây quấn kích được đặt xung quanh thân cực từ.
Hai đầu dây quấn kích từ đi luồng trong trục và nối với 2 vòng trượt đặt ở đầu trục, thơng qua 2 chổi điện để nối với nguồn kích từ.
4.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Cho dịng điện kích từ (dịng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rotor. Khi quay rotor bằng động cơ sơ cấp, từ trường rotor sẽ cắt dây quấn phần ứng stator và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:
E0 = 4,44.f.kdq. 0
Trong đó: E0 là sức điện động pha. + W1 lá số vòng dây 1 pha.
Bài giảng: MÁY ĐIỆN 1
110 + Kødq là hệ số dây quấn. + Kødq là hệ số dây quấn.
+ 0 là từ thơng cực từ rotor.
Nếu rotor có p đôi cực, khi rotor quay được 1 vòng, sức điện động phần ứng sẽ biến thiên p chu kỳ. Do đó tần số f của sức điện động sẽ là: f = pn/ 60 (vòng/ phút).
Dây quấn 3 pha stator có trục lệch nhau trong khơng gian 1 góc 1200
điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha 1200.
Khi dây quấn stator nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dịng điện 3 pha. Giống như ở máy điện không đồng bộ, dòng điện 3 pha trong 3 dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60f/ p đúng bằng tốc độ n của rotor. Do đó loại máy điện này được gọi là máy điện đồng bộ.
4.4. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Khi máy phát điện làm việc, từ thông của cực từ 0 cắt dây quấn
stator cảm ứng ra các sức điện động E0 chậm pha so với từ thơng 0 một
góc 900. Dây quấn stator nối với tải sẽ tạo nên dòng điện điện I cung cấp cho tải. Dòng điện I trong dây quấn stator tạo nên từ trường quay phần ứng. Từ thông phần ứng quay đồng bộ với từ thông cực từ 0. Góc lệch pha giữa E0 và I do tính chất của tải quyết định. Tác dụg của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng.
Bài giảng: MÁY ĐIỆN 1
111 Góc lệch pha = 0 cùng pha. Dịng điện I sinh ra từ từ thơng phần Góc lệch pha = 0 cùng pha. Dòng điện I sinh ra từ từ thơng phần
ứng cùng pha với dịng điện. Từ thông phần ứng theo hường ngang trục, làm méo từ trườn g cực từ, gọi là phản ứng phần ứng ngang trục.
b. Trường hợp tải thuần cảm: góc lệch pha=900, dịng điện I sinh ra từ thơng phần ứng ngược chiều với 0 ta gọi là phản ứng phần
ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng.
c. Trường hợp tải thuần dung: = - 900, dòng điện I sinh ra từ thông phần ứng cùng chiều với 0 ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục
trợ từ, có tác dụng làm tăng từ trường tổng.
d. Trường hợp tải bất kỳ: ta phân tích dịng điện I thành hai thành phần: thành phần dọc trục Id = Isin và thành phần ngang trục Iq = Icos. Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng vừa có tính chất ngang trục, vừa có tính chất dọc trục trợ từ hoặc khử từ tùy theo tính chất của tải.
4.5. CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Đường đặc tính ngồi của máy phát điện đồng bộ: I. Đường đặc tính ngồi của máy phát điện đồng bộ:
Bài giảng: MÁY ĐIỆN 1
112 Đặt tính ngồi của máy phát điện là quan hệ điện áp U trên cực Đặt tính ngồi của máy phát điện là quan hệ điện áp U trên cực máy phát và dịng điện tải I khi tính chất tải khơngđổi (cost = const), tần số và dịng điện kích từ máy phát khơng đổi. Khi tải tăng đối với tải cảm và trở thì điện áp giảm (tải cảm điện áp giảm nhiều hơn), đối với tải dung thì điện áp tăng. Từ đó ta thấy điện áp máy phát phụ thuộc vào
dòng điện và đặc tính của
tải.
Trên hình a đường đặc tính ngồi của máy phát khi Ikt = const (E0 = const) và cost không đổi ứng với các tải thuần R, L, C. Khi tải có tính chất cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm từ thơng tổng giảm do đó đặc tính ngồi đốc hơn tải điện trở. Để giữ điện áp U bằng định mức phải thay đổi E0 bằng cách điều chỉnh dịng điện kích từ. Đường đặc tính ngồi ứng với điều chỉnh kích từ sao cho I = Iđm có U = Uđm theo hình b.
Độ biến thiên điện áp ở đầu cực của máy phát khi làm việc định mức so với khi không tải xác định như sau:
%100 100 % 100 % 0 0 dm dm dm dm U U E U U U U
Độ biến thiên điện áp U% của máy phát đồng bộ có thể đạt đến vài chục phần trăm vì điện kháng đồng bộ Xđb khá lớn.
II. Đường đặc tính điều chỉnh:
Đường đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dịng điện kích từ và dịng điện tải khi điện áp U khơng đổi bằng định mức. Ở hình c vẽ đặc
tính đều chỉnh của máy phát đồng bộ với các hệ số công suất khác nhau. Phần lớn các máy phát điện đồng bộ có bộ tự động điều chỉnh dịng kích từ giữ cho điện áp khơng đổi.
4.6. SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Bài giảng: MÁY ĐIỆN 1
113 Các hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song Các hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song song với nhau tạo thành lưới điện. Công suất của lưới điện rất lớn so với công suất của mỗi máy riêng lẻ, do đó điện áp cũng như tần số của lưới có thể giữ khơng đổi khi thay đổi tải.
Để các máy làm việc song song, phải đảm bảo các điều kiện sau: - Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện và trùng pha nhau.
- Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện.
- Thứ tự pha của máy phát phải giống như thứ tự pha của máy điện.
Nếu không đảm bảo các điều kiện trên, sẽ có dịng điện lớn chạy quẩn trong máy, phá hỏng máy và gây rối loạn hệ thống điện.
Để đóng máy phát điện vào lưới ta dùng thiết bị hòa đồng bộ.
Đối với máy phát điện công suất nhỏ, có thể đóng vào lưới bằng phương pháp tự đồng bộ như sau: dây quấn kích từ khơng đóng vào nguồn điện kích từ, mà kép mạch qua điện trở phóng điện, để tránh xuất hiện điện áp cao phá hỏng dây quấn kích từ. Quay rotor đến gần tốc độ đồng bộ sau đó đóng máy phát vào lưới và cuối cùng sẽ đóng dây quấn kích từ vào nguồn điện kích từ, máy sẽ làm việc đồng bộ.
II. Các phương pháp hòa đồng bộ:
Dùng bộ hịa đồng bộ kiểu ánh sáng đèn bộ hồ đồng bộ kiểu điện từ (cột đồng bộ).